发布时间:2022-11-06 11:10:50
序言:写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁,我们为您精选了8篇的电子技术课程设计论文样本,期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发,请尽情阅读。
为进一步深化“3CE”应用型创新人才培养模式和课程体系的教学改革,期间教研室课题组老师对在电子信息工程专业开设电子技术课程设计的目的意义和任务要求以及教学内容和教学方式进行了深入研讨,制定了课程设计的实施细则:①将课程设计放在短学期的18至21这4周来集中实施;②制定课程设计报告规范性材料包括存档封面、课程设计过程表格、课程设计技术报告封面、课程设计技术报告目录、课程设计技术报告正文格式、课程设计技术报告打印设置);③建立了课程设计的课题库和元器件库,以及元器件的购置领用制度;④制定了乐山师范学院“2+1”学期制短学期电子技术课程设计课程教学工作计划。为保证课程设计正规化和规范化的实施作了扎实的基础性工作。
2电子技术课程设计具体方案的落实与实施
课程设计就是按设计题目任务要求,运用课程所学知识和客观条件,完成和实现课题目标的全过程。电子技术课程设计就是在开设了模拟电路和数字电路以及实验课程之后,运用所学模电和数电知识,完成特定功能电子电路的设计、安装和调试等。这要求学生在老师的指导下独立进行查阅资料、设计方案与组织实验等工作,并写出总结报告。我们根据课程设计的特点和所要达到的目标要求,采用了开放式的教学模式,真正把课程教学转换到以学生为主体的知识运用能力、创新能力和综合素质的培养上来。课程设计教学环节及主要设计流程如下:课题选题电路设计提交元器件清单电路安装、调试撰写设计报告验收、答辩成绩评定。
2.1课题与选题
电子技术课程设计的选题是课程设计首要的第一环节,既要符合电信专业的综合培养目标,覆盖所学主干课程知识,又要体现电子技术的先进性和应用性,拓展学生的知识面,以达到学生综合运用专业技术基础知识和工程设计实践能力的培养。所以我们课题组的指导老师精心设计了20个课程设计题目,并制定了每个题目的具体设计任务和要求,以任务书的书面表格形式,供各组(每组不大于2人)学生进行选题。刚开始同学们选题只想挑选简单易做的题目,这个过程老师要悉心讲解每个课题的具体任务、要求和所要达到的目的,使学生明确自己的任务,鼓励并对选择任务多、难度较大、完成得好的课题要酌情加分。
2.2电路设计
电路设计是整个课程设计中花费时间最多的环节之一,老师首先系统讲解课程设计的设计方法,设计步骤,设计要点,并以成功的设计案例进行分析、讲授;对每一个设计题目,要求学生必须明确系统的设计任务,根据任务进行方案的选择,然后对方案中的各部分进行单元的设计、参数的计算和器件的选择,最后将各部分连在一起,画出一个符合设计要求的完整的系统电路图;指导学生要求利用EDA(电子设计自动化)技术来完成整个电路的设计与仿真。这个电路设计期间是一个仔细认真反复纠错的过程,只有电路设计通过了软件仿真各项设计指标以后,才能进行硬件电路板的设计与安装。
2.3电子电路的安装
电子电路的安装与调试在电子设计技术中占有重要位置。它是对理论设计进行检验、修改和完善的过程,任何一个新产品往往都是在安装、调试并反复改多次方能最终完成。在电路安装、调试之前,要求电路设计正确,软件仿真也通过后,提交元器件清单。虽然学生已经在大一就进行了电子安装及工艺训练课的实践,但时隔一年多,许多同学的安装焊接技术已退化,所以我们对学生进行了手把手的“师傅带徒弟”的方法来强化训练学生,严格要求学生在自己设计的PCB板或万通板上焊接时遵循以下安装原则。
(1)所有元器件在安装前应尽可能全部测试一遍,以保证所用元器件均合格。
(2)所有集成电路的安装方向要保持一致,以便于正确布线和查线。
(3)安装分立元件时应使其标志朝上或朝向易于观察的方向,以便于查找和更换。对于有极性的元件,例如电解电容器、晶体二极管等,组装时一定要特别注意,切匆搞错。
(4)为了便于查线,可根据连接线的不同作用选择不同颜色的导线。一般习惯是正电源用红色线、负电源用蓝色线、地线用黑色线、信号线用黄色线等。
(5)连线尽量做到横平竖直。连线不允许跨接在集成电路上,必须从其周围通过。同时,应尽可能做到连线不互相重叠、不从元器件上方通过。
(6)为使电路能够正常工作与调测,所有地线必须连接在一起,形成一个公共参考点。正确的安装方法和合理的布局,不仅可使电路整齐美观、工作可靠,而且便于检查、调试和排除故障。如果能在组装前先拟订出组装草图,则可获得事半功倍之效果,使安装既快又好。
2.4电子电路的调试
电路的调试对于电子装置的最终形成和达到预定的技术指标是至关重要的环节。老师详细讲解电子电路的调试步骤,指导学生在调试前要对电路进行检查,包括连线是否正确;元、器件的安装是否良好,有无短路和连接错误的地方;电源供电(包括极性)、信号源连接是否正确;电源端对地(┴)是否存在短路的情况等;通过了上述的直观检查无误后,就可转入调试。调试包括测试和调整两个方面,它是为达到电路设计指标而进行的一系列的“测量判断调整再测量”的反复过程。调试的方法通常采用先分调后联调(总调)的原则,它包括通电观察、静态调试和动态调试的过程。在调试过程中电路会不可避免出现异常工作状况,学生要学会去查找、分析故障的原因和排除故障的方法,并把它看成一次良好的学习机会。
2.5撰写设计技术报告
撰写课程设计的技术报告是对学生写科技论文和科研总结报告的能力训练。通过写报告,不仅把设计、组装、调试的内容进行全面的总结,而且把实践内容上升到理论的高度。我们对学生的设计技术报告进行了规范化的要求,技术报告应包括以下几点。
(1)课题名称。
(2)内容摘要。
(3)设计内容及要求。
(4)比较和选写设计的系统方案,画出系统框图。
(5)单元电路的设计、参数计算和器件选择。
(6)画出完整的电路图和PCB设计图,并说明电路的工作原理,截下仿真图并说明仿真数据和波形是否达到设计要求。
(7)组装调试的内容(包括使用的主要仪器仪表、电路调试的方法和技巧、测试的数据和波形与计算结果的比较、调试中出现故障的原因和排除方法等)。
(8)总结设计电路的特点和方案的优缺点,指出课题的核心及实用价值,提出改进意见和展望。列出系统所需元件清单。
(9)收获、体会。
(10)列出参考文献。
2.6验收与答辩
经过小学期的4周集中训练和实践,将自主设计的成果和作品以答辩的形式进行汇报和总结,答辩是有技巧的,答辩本身也是对学生进行综合素质、能力展示的训练,所以我们在课程设计的教学过程中也设计了这一环节,训练他们沉着冷静、自信应对在答辩过程中所遇到的所有问题。我们安排每组10分钟的答辩时间,要求先播放、阐述自己的设计幻灯(文档),然后演示自己的硬件作品,最后回答老师提出的2~3个问题。答辩过程中要求学生回答问题应该实事求是,不宜虚张声势,不懂装懂,回答问题要简明扼要;对确定自己无法回答的问题时,要态度平静地说明为什么未曾涉及这个问题的研究,不宜不着边际强行回答;有没有科学的求学态度,也是答辩的考核目的之一,千万不能给老师留下虚假狡辩的学术态度。遇到程度性问题,不能把话说得太死,恰当运用模糊词语,为自己留有余地。设计者对不同的意见要保持谦虚接纳的态度,同时要为自己的观点辩护。辩论中要客观、公正,言之有理、持之有据,语气平和,语言委婉,不能武断和伤人自尊,即使发问者有错误,也要举止文明,保持学者风度,不必将自己的观点强加于人,把自己的观点亮出来,供对方参考就可以。答辩完毕,无论气氛如何,应该有礼貌地向在场师友致谢。
3严格进行课程设计的成绩评定
教师主要根据学生课题完成质量情况即平时成绩20%+答辩及作品质量50%+技术报告30%,三个部分进行综合评定学生的课程成绩。平时成绩:主要考察学生在规定时间内是否在场并认真完成自己的设计,我们制定了工作指导、检查登记表,规定了9次师生见面辅导时间,并做好每次的指导记载。答辩及作品质量:主要验收学生的硬件作品的完成质量,采用作品演示加答辩方式来综合评定学生的答辩及作品质量成绩。技术报告:学生科技论文和科研总结报告的写作能力,我们同样制定了技术报告评分细则,主要包括:调查论证(资料的查阅与收集情况),方案设计与技能(方案的设计与选择,图形绘制与EDA软件仿真工具的掌握程度),分析与解决问题的能力(运用所学理论知识和技能去分析发现与解决实际问题),工作量工作能力与工作态度(按期圆满完成规定的任务,工作量饱满,难度较大;工作努力,遵守纪律;工作作风严谨务实),报告质量(综述简练完整,有见解;立论正确,论述充分,结论严谨合理;方案正确,分析处理科学;文字通顺,技术用语准确,符号统一,编号齐全,书写工整规范,图表完备、整洁、正确;设计有应用价值),创新(工作中有创新意识;对前人工作有改进或突破,或有独特见解)。
关键词:模拟电子技术;教学改革;创新设计
作者简介:郭华(1977-),女,山西忻州人,西安交通大学城市学院电气与信息工程系,讲师;申忠如(1946-),男,陕西米脂人,西安交通大学城市学院电气与信息工程系,教授。(陕西 西安 710018)
基金项目:本文系2011年西安交通大学城市学院第四批教改基金项目(项目编号:110022)的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)35-0147-02
模拟电子技术是电子类专业中一门重要的专业基础课,它课程内容多,理论性和实践性都较强,学习存在一定难度。这就要求教师在讲授知识的过程中结合实践教学方法,深化理论知识、进行科学训练、培养学生创新精神和实践能力。[1-5]
西安交通大学城市学院依据高素质应用型人才的基本培养目标构建了实践教学体系,针对模拟电子技术课程的实践教学可分为如下几个层次:基础实验、课程设计、综合实训。在这种训练下,从主动学习、自主测试到自主设计和创新设计逐步激发学生的求知欲望、创新欲望,取得良好的教学效果。
一、突出“应用型”特色是模拟电子技术实践教学改革的关键
根据独立学院的培养目标和学生的特点,在专业教育上不能过分强调“宽口径”,否则会造成学生“什么都学过,什么都不懂”;应突出独立学院“应用型”特色,重点在实践能力的提高。针对模拟电子技术实践教学环节,通过基础实验、课程设计和综合实训三个层次的培养模式,加强对模拟电子技术课程的掌握,使学生具备获取知识的能力,学习必要的基础理论知识,能够解释现象、分析问题,掌握学习方法,在需要进一步深造时具备再学习的能力;具有较强的实践动手能力、应用系统设计能力、发现问题和解决问题的能力,从而更好地完成后续课程。[6]
1.基础实验:验证课本知识
基础实验包括与课本章节相关的8个验证性实验:双踪示波器使用、共射极放大电路性能测试等,旨在加强学生对模拟电子技术基本知识的掌握,训练学生分析、设计与调试电路的基本方法。
教师结束课堂教学之后,根据理论内容给出实验题目要求,提出预习问题,要求学生通过查阅资料写出预习报告,熟悉实验内容;然后按照实验教材给出基本电路及其工作原理,学生自己搭建电路、测试其性能指标,验证理论知识的正确性;熟悉仪器设备的使用,学会利用仪器设备发现并找出电路的故障。
2.课程设计:培养动手能力
课程设计是课堂教学和课程实验结束后的综合应用实践环节。本项教学改革将模电课程设计分为两部分,一是为弥补实验设备不足而进行的仿真设计。仿真设计包括三个环节,首先进行常用单元模块电路仿真;然后结合课本知识,给定电路参数和设计要求,进行仿真电路设计;最后拓展内容,对一些实际应用广泛的应用电路仿真进行学习。三个环节对学生的要求层层递进,前两个环节为“必做”,第三个环节为“选做”。
二是从设计、制版、焊接直至调试全过程的综合设计制作选题。有两个题目供学生选择:MAX038函数发生器的设计和音频功率放大器的设计与调试。题目要求尽可能实用有趣。
3.综合实训:提升综合素质
模拟电子技术实践教学改革的最后一个环节是综合实训。这其中已经不只是模拟电子技术一门课程,它将与数字电子技术、单片机技术应用等课程综合开发设计题目,训练学生的系统设计的能力。在训练方法上通过主动学习、自主设计和创新设计三个步骤激发学生的求知欲望和创新意识。
(1)主动学习:根据实验系统需要实现的基本功能和达到的指标要求,学生通过查阅文献,确定自己的设计方案;利用软件仿真电路,并通过调试确定适合的参数;写出预习报告。
(2)自主设计:根据软件仿真电路搭建实际系统的硬件组件;完成系统程序设计;进行软硬件调试,通过查找错误、解决问题,达到锻炼提高的作用;测试系统的基本参数和功能。
(3)创新设计:完成实验系统的进阶指标:如增加功能或提高指标;对系统进行最终测试,给出误差分析;写出实验报告,提交实验作品。
综合实训使学生较系统地掌握电子系统设计过程的选题、立项、方案论证、电路设计、装配调试、系统测试、总结报告、文档整理等全过程,培养学生理论知识的综合运用能力。
二、进一步完善实践教学体系
1.严格考核制度
要想使模拟电子技术实践教学顺利地进行下去,必须进行严格的考核制度,以保证实践教学的良好效果。
(1)基础实验。根据学生每次做实验前的预习报告和实验中的操作表现、实验后的结果分析,给出实验成绩,占模拟电子技术课程总成绩的20%。模拟电子技术课程总成绩 = 70%的期末考试卷面成绩 + 20%的实验成绩 + 10%的平时成绩。
(2)课程设计。完成课程设计中常用单元模块电路仿真,成绩为“及格”;完成课程设计中常用单元模块电路和规定电路的仿真设计,成绩为“中等”;完成课程设计中全部软件仿真设计,成绩为“良好”;完成课程设计中全部软件仿真设计和一个综合设计制作选题,成绩为“优秀”。
2.完善实践教学体系的配套工作
除上述改革措施外,为进一步完善实践教学体系,实验室硬件设备和运行经费的投入是必要条件;编写相应教材,加强较适合学生之间的交流也十分重要。已经完成或正在进行的工作如下:
(1)吸取经典教材的宝贵经验和新的教学理念,结合独立学院的人才培养目标以及本院课程设置和课程大纲的要求,编写适用于应用型本科的教材——《模拟电子技术基础》[7]以及配套的实验及课程设计指导书。
(2)开设电子设计工程师认证考试(EDP),为学生就业增加砝码;指导优秀学生参加全国大学生电子竞赛、全国大学生专业竞赛等,促进“因材施教的个性化培养”。
(3)建立了模拟电子技术课程与实验的网站,实现了指导教师与学生、学生与学生之间的互动,拓宽了主动学习的空间。
三、结论
经过3年的试点,模拟电子技术实践教学的改革、探索和实施取得良好的效果。课程基础知识与实践教学环节进行了有效融合,学生的学习兴趣提高了,动手能力增强了;科学的实验思维、实验方法、实验步骤得到了训练;分析数据、讨论误差、撰写报告的能力得到提高;符合因材施教培养应用型人才的要求。实践证明:通过良好的训练,学生毕业设计及论文写作的完成质量明显提高;我院自2009年第一次参加全国大学生电子竞赛以来,除2011年获得1个三等奖外,每年都有1项一等奖。教学改革需要长期、系统地工作,还要继续努力,培养更加优秀的专业人才。
参考文献:
[1]何新华,陈志武.面向创新型人才培养的专业实验教学体系研究与实践[J].实验技术与管理,2009,26(10):24-26.
[2]刘芬.对“模拟电子技术”课程中教学方法的探讨[J].电气电子教学学报,2008,30(2):112-115.
[3]刘艳,朱昌平,宋凤琴,等.模拟电子技术实验教学中的学生实践能力培养[J].实验室技术与管理,2010,27(2):110-112.
[4]张新安,熊文元,包本刚.电子技术专业实践教学改革的研究与实践[J].实验技术与管理,2011,28(7):24-27.
[5]晏湧,蓝波.“任务驱动”教学法在模拟电子技术实验中的应用[J].实验技术与管理,2010,27(11):253-254.
“模拟电子技术基础”课程需要在有限的学时内(理论教学64学时,实验20学时)使学生获得电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能。新修订的课程内容体系更加注重理论教学与实践教学的衔接,在保证经典理论的基础上重点讲授集成运放组成的各种信号运算、信号处理和信号产生电路,并延伸到模拟集成电路和模数混合系统等内容,培养学生系统级的分析与设计能力。理论教学应简化器件内部机理的介绍,弱化缺乏工程背景的解题技巧及公式记忆,强化器件的组合应用与接口扩展机制,加强主流新技术的探讨;实践教学应重点引入研究型和设计型实践教学环节,为此出版了课程配套的“十一五”规划实验教材《电子技术实验与模拟电子技术课程设计》。目前,多媒体教学和电子设计自动化(EDA)的发展使得教学辅助软件能够融入课堂,为学生丰富的探索和实践提供了现代化手段。适用于该课程的研究型教学辅助软件包括EDA仿真软件Multisim、Proteus和工程计算软件Matlab、MathCAD。在此基础上,笔者将EDA仿真作为理论课的工具及学生进行硬件实验的前提,建立了“理论•仿真•硬件”相互融合的教学模式,以保证研究型教学落到实处。
教学方法与教学手段的改进
1.通过网络辅助教学平善课程体系
随着信息技术的发展,世界各国高校都在大力开展网络化教学应用,然而海量的数字化资源会使学生感到无所适从。为此,笔者通过网络辅助教学平台给学生提供少而精的数字化资源,与课堂教学相辅相成。除了教学大纲、教学日历和教学课件,网络辅助教学平台提供的数字化教学资源还包括教学辅助软件、往届试卷及答案详解、国家级电子技术精品课程和国际一流大学电子技术课程的网址,方便学生进行自主学习。网络辅助教学平台还提供与课程相关的在线辅导答疑,并通过微博、QQ群、飞信群等网络互动方式开展忆阻器、在系统可编程模拟器件、新型传感器等前沿技术的专题讨论,并让学生通过网络调查模拟电子技术的相关专利与应用,撰写调研报告,促进学生开展研究性学习。
2.将EDA仿真演示融入理论教学
EDA技术是电子设计领域的一场革命,改变了以变量估算和硬件实验为基础的电路设计方法。在理论教学中引入重点内容的EDA仿真演示,有利于快捷地将理论性和应用性融于一体,实现理论教学的拓展,并为实践教学打下基础。由于学时与场所限制,教师需要在备课时充分考虑课堂投影演示与本机显示的不同,精心设计演示范例与互动环节,引导学生思考,由学生得出结论,并事先做好演示范例的中间版本以便重点演示关键步骤。例如,笔者在课堂上利用EDA仿真软件边演示边讲解电路引入负反馈前后各种参数、输入输出信号波形、频率响应特性的异同,学生通过直观的比较加深了对负反馈作用的理解。此外,笔者在布置书面作业时还鼓励学生对作业中的疑难问题进行仿真,并在作业本上写出心得体会。
3.强化“系统化模拟电路”的定性思维
现行的理论教学往往只讲器件和基础电路,很少涉及如何由各种元器件通过某种联结组成一个实用系统。笔者在绪论课中就结合实际阐明电路系统的组成及各部分的作用,并给出简图;之后课程中每一个新内容都会回到系统简图上来,逐渐深化、细化,并引导学生寻找反例,这样不但使学生建立了系统的概念,而且能够举一反三。在EDA的辅助下,学生对各种电路无须精确的理论计算,但要掌握近似估算的方法,弄清楚电路系统的设计思路及其局限性、性能指标的折衷考虑。要注意各章节之间的相互配合和衔接,坚持培养学生“系统化模拟电路”的定性思维,强化以集成运放为基础的知识体系,使学生建立系统观念、工程观念,学会定性分析与辩证的思维方法。
多层次的实践教学
1.利用Multisim软件开展虚拟实验
研究型教学是理论和实践有机结合的一种教学方式。然而由于学时、实验条件的限制,课内实验的教学效果难以达到预期目标,利用EDA软件开展虚拟实验能够弥补当前课内实验的不足。目前EDA软件的种类很多,其中Multisim软件提供了多种常用的虚拟电子仪器与元器件,特别适合于模拟电路系统的虚拟实验。
学生可以通过这些仪器观察电路的运行状态,查看电路的仿真结果,许多设置、使用和读数与实际的测量仪器类似。因此,课内实验是首先在EDA实验室安排了一节课的Multisim认识实习,随后按教学日历分为基础实验、综合实验、课程设计三个阶段。各阶段都增加了相应的仿真设计内容。在课内实验之前,笔者要求学生预习实验内容并进行Multisim仿真及课外研究,再进入实验室通过仪器设备进行实际的硬件操作。虚拟实验和硬件实验不可重此轻彼,而应软硬结合。笔者通过实验课件的演示减少讲解时间,让学生有更多的时间用于实际操作与硬件调试。这种“理论•仿真•硬件”相互融合的教学模式将仿真考核和课外研究作为实验成绩的重要部分,增强了学生对理论知识的理解与掌握,提高了学生的仿真能力、设计能力和系统调试能力。
2.重视综合实验和课程设计
研究型教学需要一种类似科学研究的氛围以及一对一的师生互动。综合实验和课程设计能够较好地弥补理论教学大班授课的不足。有限的学时在一定程度上制约了实践教学的深入开展,为此笔者压缩了前期验证型基础实验的次数,在实验课程的后期安排了三次融合整学期知识点的综合实验,帮助学生强化“系统化模拟电路”的定性思维。期末的课程设计则由指导教师布置若干难度适中的研究课题,要求学生从查阅资料开始自主进行电路设计,对设计的电路进行仿真分析,经教师审查后方可选购器件,安装调试电路,测量各种参数,进行实验分析,提出改进意见,并根据规范格式书写课程设计报告,完成一次较完整的工程研究训练。鼓励学生进一步拓展课程设计内容并发表科技小论文,在课程设计中表现突出的学生将被选拔参加各种课外科技活动和竞赛。
结束语
关键词: 电子技术 CDIO 实践化改革
我国工科教育受传统观念、经费投入等的制约,培养的人才工程能力、实践能力较薄弱,缺乏创新精神和创新能力。根据“2012~2013全球竞争力报告”显示,中国只有10%的工程专业毕业生可以立刻胜任工作。重论文、轻设计、缺实践,一直被认为是中国工程教育的严重“弊病”。CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果,是一种先进的工程教育理念和实施体系。CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate),以产品研发到产品运行的整个生命周期过程为载体,让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程,以此全过程为载体培养学生的工程能力。与传统教学模式相比较,CDIO模式更强调综合创新能力,同时更关注工程实践,加强培养学生的实践能力。电子技术类课程是电类相关专业的主干技术课程,其特点是课程理论性、实践性、应用性非常强。如何既能传授给学生扎实的基础理论知识,又能增强学生的实践能力,是我们要解决的根本问题。针对电子技术类课程的特点,提出借鉴CDIO工程教育模式对电子技术类课程进行实践化改革的思路。从课程知识点的凝练、多门课程知识点的重组与融合等方面进行改革探索。
1.电子技术类课程教学现状分析
(1)教学模式传统,理论与实践脱节。
近年来,虽然众多高校已经认识到传统教学模式重理论、轻实践的弊端,但多年来形成的惯性,使大多数学校仍然只能做到小修小改,如理论课程与实验课程及课程设计单独设课,增加实验课学时,加大课程设计力度等措施。总体效果并不是很显著,仍然应用先理论后实验的模式,教学过程中缺少工艺设计步骤,学生学习过程中遇到实践问题不能很好地解决。
(2)与工程实际结合力度小,跟不上电子技术的飞速发展。
电子技术是一种飞速发展的技术,其发展速度是其他任何技术都不能比拟的,具有其他技术不具备的高速发展性。传统电子技术课程教学,教学知识点几十年不变,基础有余,发展不足,满足不了工程发展需要,不利于培养学生的电子系统设计能力和创新意识。
(3)考核方式传统,对学生能力考查不足。
当前电子技术类课程考核基于一纸试卷化的还很多,重理论、重定量化考核,考试内容完全局限于教材,对电子技术的实践性、工程性的考核很难做到。其后果必然是“重理论,轻实践”、“重定量,轻定性”、“重书本,轻工程”、“重分数,轻能力”。
对于电类技术类课程来说,传统教学模式越来越难适应电子技术的飞速发展,因此该课程教学改革势在必行。
2.基于CDIO理念的电子技术类课程实践化改革
基于CDIO理念的电子技术类课程实践化改革,主要体现在教学模式、创新实验体系、考核方式三个方面。
(1)项目制理论与实践教学相融合的教学模式。
①基于学科体系的项目制教材的编订
修改现有电子技术类课程的知识点分步,以项目制理念为引领,依据实践过程的学习规律编订教材,打破单一课程知识点孤立的状况,按照项目所需把课程间知识点全部贯穿融合。使理论知识与项目制作、调试与检测有机结合起来,按照学生在“学中做,做中学”的教改理念编写,具有项目选择实用、可操作性强的特点。
项目制下,以数字电子技术课程为例,知识点整合如下:
为了和项目配套,增强教学效果,每个项目均设计了示教板。
②始于实践终于实践的项目制教学方式
传统电子技术类课程的教学模式理论性强,注重数学推导、定量计算,不注重定性分析,学生不容易理解,普遍感觉很难,更不会灵活运用所学知识。
CDIO是一种以工程项目设计为导向、工程能力培养为目标的新型工程教育模式,在CDIO教学理念指导下,根据电子技术类课程实践性强的特点,全部采用项目化教学模式,基于工作过程的工学结合、任务引领与实践为导向的课程设计思想。将项目分解为若干任务,以任务驱动方式,由浅入深地把知识和技能渗透到项目实施过程中,融“教、学、做”于一体,始于实践、终于实践。
③将教室与实验室功能融合的教学手段
要想真正将实践与理论相结合,就要倡导CDIO“做中学”的教育理念,打破理论与实践教学的界限,将课堂教学从原来的教室搬至实验室,课堂教学和实验教学合二为一,有机结合。
项目教学时,教师利用示教板先演示现象,之后结合实验现象进行理论分析,讲解项目中的知识点,使学生结合实际现象理解各种参数改变下产生的效果,之后指导学生实施相应项目。实施过程中,每个学生对项目都有不同理解,会遇到各种各样的问题,解决了这些问题,就预示着学生的能力得到了实质性提高。
经过几年探索和实践,构建教、学、做一体化的项目制教学模式,很好地激发了学生的学习兴趣,切实提升了学生的专业技术水平。
(2)以能力培养为核心,构建项目制下的创新实验体系。
学生完成教材规定的基本项目后,已经完全掌握实验基本原理和基本操作,每位学生都能独立且熟练、规范地使用各种实验器材,运用理论知识对实验现象和实验结果进行分析,具备了基本的实践能力。
我校电工电子实验中心为省级实验教学示范中心,为项目教学提供了不同层次的实践平台,包括PCB制作实验室、机加工实验室、电子技术实验室、单片机与嵌入式技术实验室、PLC技术实验室、EAD技术实验室、过程控制实验室等,在这些平台上可完成多项工程性项目。中心实行实验室开放政策,为学生实践能力提高提供了硬件和时间上的保障。
(3)丰富考核方式,突出能力考核。
CDIO的评价方法侧重能力培养,改变传统课堂教学重考评知识的获得。在CDIO项目制学习中,直接通过制作项目进行考核,一种是难度较基础但时间有限定的考核方式,对学生理论与实践知识的熟练程度要求较高;一种是难度较高,知识点涉及面广、功能综合的项目考核,对学生整体实力、团队协作能力都能起到很好的考核作用。
通过以上考核方式,实现CDIO对培养大学生基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力的全面考核。
3.实践效果
论文关键词:数字电子技术;教学方法;高职教育
《数字电子技术》是电子类专业的专业基础课程,是一门必修课。它是培养学生具备电子技术的基本知识和技能,和《模拟电子技术》课程共同构成电子类专业的基础核心课程,是学生必须打下的专业基本功。它以电路基础课程学习为基础,是后续单片机、PLC、传感器、电子测量等专业课程学习的基础,也为无线电装接工、调试工等考级考证打下基础。
高职数字电子技术教学的目标确立是为了更好地指导该课程的教学方向,对有效落实教学体系起到了指导性的作用。围绕着这个目标建立教材的筛选处理,再依托EDA的技术,强化理论和实践的教学,最后通过课程的设计创新来形成独具教学质量的体系。
一、高职数字电子技术教学的目标
实践教学和理论教学是高职数字电子技术教学综合体系,通过实验、实习、课程设计等内容,完成基本操作技能、综合能力和应用能力的三级能力培养要求,培养学生观察、分析和解决实际问题的能力及创新思维的综合能力。
(一)基本操作技能的培养
实验是整个实践教学环节的基础,可以分为验证性实验和设计性实验。验证性实验可以使学生了解器件功能和使用要求,掌握基本测量方法与仪器仪表的使用技能,熟悉实验操作规范以及学习实验报告的书写要求等基本技能,为进一步深入学习理论知识和能力培养奠定基础。对于初学的学生,必要的验证性实验是培养基本操作技能的主要途径,是素质教育的基础。
(二)综合能力的培养
验证性实验过多会使学生失去对实验的“神秘”感和探索欲望,思维缺乏灵活性和创造性。开设综合性、设计性、实践性实验,可以增加实验的灵活性、创造性,激发学生的求知欲和学习的兴趣,使学生能初步地将所学的基本理论知识独立应用于实践中。在观察和探索的基础上,通过教师的引导激发他们积极思维,逐步提高学生分析问题和解决问题的能力,并使学生的基本技能得到进一步提高。
(三)应用能力的培养
运用虚拟、仿真等技术手段,采用较为先进的EDA技术,一方面可以使实验更加接近工程实际,激发学生的参与性;另一方面通过接近工程实际的课题,使学生多方位多角度地观察、思考、探索和想象,提出多种设想和解决问题的方案。在此基础上,再引导学生进行收敛思维,确定解决问题的最佳方案,完成方案拟订、实施方案的设计、电路制作、安装调试等环节,达到在实践中学、在实践中练的目的,使理论与设计融为一体。从工程角度出发促使学生了解科研活动的全过程,增强学生的求知欲和科研意识,体会理论设计与实际中的距离。这不仅能训练学生思维的逻辑性和独创性,培养严谨的科学态度、科学的思维方式、创新意识和创新能力,还能培养学生的工程观念,训练学生工程应用技能,达到培养应用能力的目的。
二、对教材进行适当处理,把握理论上的度
“数字电子技术”是计算机、机电、自动化类专业的一门重要的专业基础课.当前,随着以培养技术应用型人才为目标的高职教育的日益发展,以及高职对特色的强烈渴望,迫切需要形成与高职教育培养目标相适应的课程体系。
《数字电子技术》的主要任务是培养学生掌握数字电子方面的基本知识和基本分析、设计方法,训练学生数字电路制作与调试的基本技能;培养学生严谨的科学态度、科学思维方式以及创新意识和创新能力。它共有五大模块,包括数字逻辑基础模块、逻辑门电路模块、组合逻辑电路模块、时序逻辑电路模块和综合模块,主要作用就是要求学生能看懂基本电子电路图,学会使用电子元器件手册,能制作、调试、软件仿真、实验验证相关电路,了解数字电子技术在实际生活中的应用,培养学生的职业岗位基本能力和职业素质。由于许多中专升格的高职院校目标定位还不够明确,在办学上仍处于探索阶段,没有系统的、适合自身办学特色的教材,所以一般都选择本科院校教材的压缩版,课程内容不适应高职教育的特点,加上大部分高职生(特别是偏远地区)的学科基础差、底子较薄,在学习的过程中存在着一些不适应现象,学习效果较差。根据高职教育教学“基本理论教学要以应用为目的,以必需、够用为度”的基本原则要求,就必须从“广而深”的知识中选择、重构“少而精”的教学体系。在教学内容的选择上就必须考虑实际工程需要,突出基本理论、基本分析方法和知识的应用,传统的逻辑函数化简方法像代数法、卡诺图法只需要简单分析介绍一下,回避繁琐的集成电路内部分析和数学推导过程,着重介绍器件(或集成元器件)的作用、主要参数、使用方法。如在讲授TTL与非门电路原理时,可结合原理图作简单分析如此:TTL与非门利用T1的多个发射级结构实现“与逻辑”功能,中间级从T2的集电极和发射极分别输出两个相位相反的信号,以驱动T3、T4;当输入信号中有任何一个为低电平时,都将使T1饱和,T2、T4截止,T3导通,输出端Y为高电平,当输入信号全是高电平时,则T1倒置工作状态,其集电结正偏,发射结反偏,使T2、T4饱和,而T3导通,输出端Y为低电平。而对于电路中各个三极管的导通或截止,电路的输入、输出特性,拉电流和灌电流的概念等,不进行详细的分析和计算,只要求学生记住TTL与非门的电压传输特性和噪声容限等主要结论、多余输入端的处理方法和使用中的注意事项,注重理论联系实际,以会用为最大目标。另外,适当采用清晰的最新的电子元器件实物照片,努力减小与现实实际工程应用差距并争取同步,增加学生感性认识和进一步提高学生学习兴趣。这样的处理,既可以让这些基本素质较差的学生理解基本原理,又可以从少学时中留出足够的技能训练时间。
三、以EDA技术为支撑,将理论教学与实践教学融为一体 转贴于
《数字电子技术》是一门应用性很强的技术基础课,其基本理论与实践技能是许多后续课程的基础,理论与实践的密切结合,在本门课程中显得尤为重要。高职教材大多在每章都有演示实验、验证性实验或综合设计,根据我校实习设备的配备情况,在技能实训中往往2-5人一组,这样,经常有学生光看不做,学习缺乏主动性。又由于电子技术教学中所涉及的电路图、电子元件、操作方法和工序都很细微,设备或元件故障多等问题,在操作过程中,学生会碰到各种不同的问题,教师忙于协助解决,上课效率无法提高,从而影响了整个教学计划。根据多年的教学实践,我们把EDA技术引入实验教学,采用EWB仿真实验与传统实验教学形成互补,以解决上述问题。即在课堂教学中,结合教学内容,运用EDA技术对这些实验进行仿真,动态配合课堂教学和做虚拟数字电路实验,让学生感到如同置身于真实的实验实训环境中安装调试一样,形象逼真,让学生在不知不觉中学习,同时可以弥补实验仪器、元件少的不足以及避免仪器、元器件的损坏,还可以避免因实验仪器、元件不足以及仪器、元器件的损坏因素造成实验失败给学生带来挫折感,保证实验能在短时间内成功演示或验证。为了加强学生的实际实践能力,开设了全天开放的创新实验室,学生可以利用课余时间结合硬件实验平台和EWB虚拟电子实验台等亲自完成验证性实验、综合设计等,有些学生还结合全国大学生电子设计竞赛,进行创新设计和制作。此举既提高了学生学习的兴趣和动手能力,又可以为大学生电子设计竞赛培养优秀人才。
四、注重课程设计和创新设计
电子技术课程设计是数字电子技术理论教学完成后进行的一次综合性训练,以进一步培养学生综合运用所学理论知识、独立设计电子产品和对电子产品实际安装、调试的能力。学生经过本课程的理论学习和技能实践后,对于一些中、小规模集成电路的工作原理、逻辑功能、使用方法、等基础知识已有一定的理解,掌握了电路的基本分析方法和基本设计方法,具备了一定的动手能力,在期末便可结合专业发展实际、现有实验条件和电子设计竞赛、创新设计竞赛等,有针对性地进行相应课程设计。课程设计内容由指导教师根据难易分成不同的课题,也可以让学生自行选题,由指导教师根据学生的掌握情况指定由学习较好的学生担任课题负责人,其它学生可根据自己的实际情况选择加入,指导教师要对课题组成员做宏观调配,一般同一小组中应该有不同层次的学生,以达到优秀的学生带动较差的学生共同进步的目标。
在课程设计中,在确定设计方案、电路逻辑功能的设计实现、主要参数和芯片等元器件的选择、电路仿真、安装调试、故障排除等,遇到问题时,除了本组成员之间相互讨论外,各小组之间也可以参与其中,相互交流,指导教师负责审查,作好启发、引导工作并帮助学生解决疑难问题。对学习基础较差的学生,加强辅导与检查;对学习能力较强的学生,适当提高要求,结合工程实际,增大设计方案的创新性,以充分挖掘学生的潜力,激发学生的创新思维。
通过开展课程设计,全面培养学生的科学作风、实验技能以及综合分析、发现和解决问题的能力,使学生具有创新、创业精神和实践能力,促进学生知识、能力、素质协调发展。
五、开展多样化教学,继续提高教学质量
可以开展诸如项目课程,该教学过程需要不断地变换教学组织形式,比如完成工作任务时需要采用小组形式,集体讲授时需要采用班级形式,讨论问题时又需要采用小组形式。在实施项目教学时,相当多的需要模拟企业组织活动结构,让学习者“身临其境”。为了适应这种不断变化的教学组织形式的要求,学校的教学场所,包括课堂桌椅都要做相应变化。
项目化教学提高了学生学习的积极性,分析问题、解决问题、自我探究、自主学习和口头表达等能力得到很好的发展,并形成了良好学习品质。学生在学习的过程中互相帮助,加强了团结合作意识,增进了同学间的相互了解。这样既学到了知识,提高了学习兴趣,使学生的实际应用能力得到很好的培养和锻炼,还增强了探索创新精神。
最后,数字电子技术课程的电子课程标准、电子教案、多媒体课件都放在校园网上,学生能通过网络进行自主学习,我们还通过网络教学平台向学生提供各种试题库和单元测试资源,给学生布置作业,进行网上作业的批阅、网上教学答疑,师生互评等教学活动,有效延伸学生学习的时间和空间。这种学习模式充分发挥信息网络的开放性、交互性、共享性、超媒体、大容量等优势,国家中长期教育改革和发展规划纲要也提出要强化信息技术的应用,鼓励学生利用信息手段主动学习、自主学习,增强运用信息技术分析解决问题能力。
改革的方法
1.设计题目及内容的改革
对于“电子技术课程设计”题目的选择尤为重要。首先,设计的题目要够多,这样学生的可选择性才够大;其次,设计内容要新颖有趣,有一定的使用价值,每个题目都可以巩固学习电子技术课程重要的知识点,比如:电压超限报警电路的设计可巩固学习比较器和555电路以及各种逻辑门的使用;编码电子锁的设计可巩固学习触发器和门电路;多路数据巡回检测电路会用到包括寄存器、计数器、数据选择器和数据分配器等多个中等规模集成电路的内容;广告灯控制电路包括了可逆计数、逐位显示和蜂鸣报警电路等单元部分,会用到显示译码器、计数器和555电路等电子知识。指导教师在告诉学生设计题目的同时还要把实验室的现有资源给学生讲清楚,学生可在这些限定的条件下进行设计,比如:实验室可提供的触发器只有D触发器,逻辑门只有与非门。这样,学生在设计过程中用到其他的触发器和逻辑门时可以相应地改成实验室已有的器件。这就要求他们要熟练地掌握课本上的理论知识,能够随机应变。当然如果实验室确实无法提供器件,也要鼓励学生自己去购买,这使得他们熟悉了更多新型电子器件的规格和功能,提高他们亲历亲为的能力和学习兴趣。
2.预设计方案的确立
进行预设计时要鼓励学生用模块化的分析和设计方法进行设计。学生通过查阅资料,根据设计要求自行确定实施方案,给学生提供更大的自,使学生能够相对独立地进行实践,充分扬其所长。由于学生受到知识面的限制和其他主、客观原因的影响,初步的设计方案难免存在遗漏和错误,教师要对学生的设计进行把关,保证他们的设计能实现基本功能。同时,也可通过集体答疑的方式组织学生公开讲解设计方案,让学生互找问题、讨论解决方法,从而达到优化设计方案的目的。这些方法增强了教学的互动性,同时也为学生提供了充分发挥个人能力的空间,调动了学生们学习和创作的积极性。初步的设计方案确定以后就要进行仿真实验。Multisim是非常适合模拟/数字电路仿真的软件,它提供了大量的仿真元件模型,且仪器仪表种类之多是很多电子实验室无法比拟的。通过Multisim进行功能仿真可以发现一些设计中存在的问题,进一步优化设计方案,同时增强了学生学习的兴趣,加深了学生对理论知识的理解,提高了学生的实践能力,也使学生掌握了电子仿真软件的使用方法,为后续课程学习打下良好基础。最后,学生把初步的设计方案上升到理论的高度,写出一份详细的预设计报告,包括设计题目、设计任务、总体方案的设计、单元电路的设计、元器件的选择与参数计算,画出总体电路图,列出所用元器件的详细列表和参考文献。这样,做到设计思路清晰明了,为后面的安装调试做好充分的准备。
3.安装调试
按照自己的设计方案进行安装调试,是学生非常期待也是最能得到满足感的一个环节。按照预设计报告中元器件列表领取器件,然后分模块进行安装。在这个环节指导教师要引导学生注意整体布局的美观、规范,比如:电源线和地线要分开,各成一列,并分别用不同颜色的导线进行区分。在确定安装无误的情况下进行通电调试。在调试阶段,有些学生只要发现实验结果不对就手忙脚乱无从下手,指导教师要引导学生从信号输入的一端开始逐个模块进行调试,排除故障的方法要从大范围到小范围,最终找到故障的确切地点。在调试过程中要启发学生自己查找、分析原因,找到解决的方法。通过调试使学生加深对电路工作原理的理解,学会调试电路查找故障的方法。调试完毕后,不要马上拆线交给老师完事,指导老师要鼓励学生用调试好的电路做实验,例如:可以对单元电路的输出进行实际的测算,并跟理论分析结果进行比较,进一步理解电路的特性。这样做可以通过课程设计为学生提供锻炼的平台,提高学生的实践能力和学习积极性。
4.撰写总结报告
总结报告是学生对课程设计全过程的系统总结,不能等同于平时的实验报告,因此,学生应按规定的格式进行书写。总结报告的图纸要规范,所有图纸都按工程设计标准严格要求。这样可提高学生的方案表达能力、工程制图能力和科技写作能力等基本综合素质,为毕业论文的书写打下基础。
5.建立完善的成绩评定体系是保证课程设计教学质量的关键
在注重结论正确的同时,应该强调整个设计方案实施的全过程。成绩评定包含五个部分:一是预设计方案的正确性与合理性及仿真的结果,占总成绩的25%;二是实验动手能力(包括安装工艺水平、仪器使用、调试过程中分析和解决问题的能力以及创新精神等),占总成绩的30%;三是学生的答辩情况,占总成绩的10%;四是设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神,占总成绩的10%;五是总结报告(包括方案的论证、调试过程中出现的问题及解决方法、数据处理、结果分析、收获和体会等)占总成绩的25%。这样一种相对完善的成绩评定体系使学生在课程设计的任何一个环节都能认真对待,提高了学生学习的积极性和主动性。
改革的效果
1.培养了学生对设计性实验的兴趣,增强了学生动手实验的信心由于设计题目与实际紧密联系,充分调动了学生的学习热情和自觉性,学生在独立完成电路后兴奋不已,很多同学对自己设计并调试成功的电路爱不释手。
2.提高了学生多方面的能力在动手实践设计过程中,学生们从通过查找资料给出预设计方案到互相配合着进行安装调试,最终得出实验结果,每一环节都发挥了他们的主动性和创造性,提高了分析和解决各种问题的能力以及相互合作的能力。
结束语
关键词 电气工程及其自动化专业;工程应用型本科;教学模式
中图分类号:G642 文献标识码:B
文章编号:1671-489X(2013)27-0081-03
1 引言
电气专业是一个应用范围很广的工程应用专业,它的培养目标要求学生除了掌握一定的专业基础知识外,还要注重实践能力和创新能力的培养。因此,石河子大学电气工程及其自动化专业在教学过程中积极探索适合于工程应用型本科专业人才培养的“双体系两结合”教学模式,制订专业人才培养计划,开展各项教学工作,使学生的综合素质和工程实践能力明显得到提高。
2 构建“厚基础、宽口径”的理论教学体系
“双体系两结合”的教学模式指理论教学与实践教学并举,两者相互影响,促进学生对所学专业理论知识与实际工程的结合。本专业的培养目标是基础扎实,知识面较宽,具有学习新知识、运用知识创造和开拓事业的能力,能够从事与电气工程有关的系统运行、电气设计、自动控制、信息处理、生产管理等工作的应用型高级工程技术人才。为此,在专业的理论教学体系构建中,按照“厚基础、宽口径”构建知识体系。“厚基础”包括人文社科、公共、学科基础三大模块课程,“宽口径”体现在专业课打通并设置在学科基础课中。
1)人文社科、公共、学科基础由公共基础、相关知识、专业拓展等系列课程构成,使学生在基础理论、基本知识和相关领域等方面,全面提高其综合素质和多角度的科学思维方法,培养学生的适应能力和发展潜力。
2)学科基础主要由电路、模拟电子技术、数字电子技术、电气测量等系列课程构成,使学生获得电气工程基本知识,并充分考虑了将来专业口径的拓宽,为专业学习打下扎实的基础。
3)专业基础主要由自动控制原理、电机学、微机原理与接口技术、电力电子技术、单片机原理及应用等专业课、限选课、任选课等组成。教授学生掌握专业系统知识,着重培养学生分析解决实际问题的能力。
4)在专业课中设置了两个专业方向课程群——电力系统及其自动化和电力电子与电气传动,学生可以根据专业方向选择相应的课程。
5)开设网络学习课程和综合教育课程。网络学习课程借助因特网开设学科前沿类课程,综合教育类课程则鼓励学生开展各类学科竞赛、科研训练、科技创作、创业训练、社会实践及相关文化素质教育活动。
3 构建推进式的实践教学体系
实践教学对于培养创新人才、提高学生实践能力有着特别重要的作用。实验中心建立了与理论教学有机结合,以能力培养为核心,涵盖基本性实验、综合设计型实验、设计性实验,满足不同层次人才培养需要的教学体系。此教学体系分为两大部分。
3.1 课程实验环节
这部分实验为理论课程同步实验,主要目的是配合课程的学习,加深对理论的理解。
1)验证性实验,是与理论教学密切相关、协调配合的实验教学,由“电路理论实验”“模拟电子技术实验”“数字电路实验”“电机学”和“自动控制原理”实验构成。同时,对于电机学和自动控制原理课程,既可以采用试验台做实验,也可以采用计算机仿真软件进行实验,将计算机仿真技术与理论、实验有机地结合起来。
2)综合性实验。在验证性实验的基础上,将多个实验综合,使学生具备初步的综合应用能力。
3)设计性实验。此类实验的目的在于培养学生的创新能力。在给出设计目标后,学生自行利用实验设备设计出满足设计要求的实验方案,由电子线路设计、电子线路仿真、应用电子系统开发等设计项目构成,并向校内学生开放,为学生的创新实验提供了很好的环境和条件。
3.2 集中实践性教学环节
1)技能训练。
①机械制造实习。第二学期在机电学院实习工厂进行,时间为2周,学生分组进行车、铣、刨、磨、钳、焊等工种操作,使学生对工厂的情况有一个感性的认识,初步掌握冷加工方法与操作过程,了解机床设备等。
②电工实训。第五学期在机电学院电气工程实验中心进行,时间为2周,每人必须独立完成实际操作练习。通过各种工艺的讲解和实际操作练习,使学生掌握常用电工工具和工艺知识,培养学生的动手能力,为今后从事电气工程技术工作打下初步的基础。通过电工实训使学生达到“维修电工中级”职业技能水平。
③EDA实践。第五学期在机电学院电气工程实验室中心完成,时间为2周。通过对电路设计软件、绘图软件的学习,完成电子电路仿真设计、原理图绘制和印制电路板设计、制作、调试等。
2)专业实验。第七学期在机电学院电气工程实验中心完成,时间为1周,目的是使学生建立电力系统及自动控制系统的整体概念,从而培养学生综合运用知识和分析问题的能力。专业综合实验分为电力系统综合实验和电气自动化综合实验,学生可任选其中一个,实验完成后,提交实验报告。
3)课程设计。
①电子技术课程设计。第五学期在机电学院电气工程实验室中心完成,时间为2周,每人一题,完成电子电路的设计、调试、仿真。该环节着重提高学生在电子技术方面的实践技能,培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力,使学生初步掌握工程设计方法和实践的基本技能。完成后提交设计说明书。
②综合课程设计。第七学期在校内完成,时间为2周,每人一题,目的是使学生综合运用所学的理论与实践知识,按要求完成设计内容,有实验条件的完成实验验证。该课程设计分为电力系统综合课程设计和电气自动化综合课程设计,前者主要完成发电厂、变电所的初步设计,后者主要完成控制系统的设计、调试。学生可任选一个,完成后提交设计说明书。
4)专业实习。
①认识实习。实习地点为天富电力股份有限公司、天业化工、银河纺织有限公司、昌吉特变、农副产品加工厂等企业,于第三学期进行,时间为1周,实习方式为现场参观。通过认识实习激发学生热爱所学专业和奋发学习的热情;通过参观火力发电厂、水电站、变电站,初步认识电力的生产、变换和输送过程,认识电气设备在实际工作中的应用情况,为后续课程的学习打下基础。完成后提交实习报告。
②毕业实习。实习地点为天富电力股份有限公司等实习基地,于第七学期完成,时间为4周,学生分组进行,采用工程技术人员专题讲座与现场实习相结合的方式。通过实习,深入了解发电厂生产各个环节以及计算机在发电厂中的应用情况,为毕业设计搜集资料等。完成后提交实习报告。
5)毕业设计。毕业设计于第八学期在校内进行,时间为16周,采用导师制,双向选择,每生一题,也可与签约单位联合完成实际课题。设计期间要求学生调查研究,收集资料,综合运用4年所学的知识,完成方案比较、分析、论证,理论研究、设计计算、设计说明书的编写等,培养学生分析问题和解决问题的综合能力。
这样,在教学安排上加强了实践教学环节,增加了大型综合实验周、课程设计、毕业设计时间。目前专业集中实践周由原来的28周增加到32周,占教学总周数的比例达到20%。同时,在理论课程教学中,开设实验比重增加,专业主干课程实验课时占总课时达20%,实践环节课时比例大大提高,课内实验课时达210课时,实验开出率达到100%。
4 改革教学方法和手段,改善教学效果
4.1 实行实验室全天开放
在电气工程及其自动化专业的实践教学中,学科基础课程实验实行全开放实验教学方式,如电路实验、电子技术实验、微机原理实验、单片机原理实验和电力电子技术实验;实行全开放实验室,学生在完成全部必做实验项目、选做实验项目后,可根据自己的学习兴趣和能力,自拟实验项目,自主安排实验时间,自主进行实验操作,完成相应实验。通过实施“全开放”实验教学方式,大大增强了学生的实验动手能力、分析与解决实际问题的能力,调动了学生的学习积极性,学生变被动学习为主动学习。
4.2 积极开展第二课堂活动
有计划引导学生参加各种有益学生身心健康、扩展知识面、开拓视野、培养能力的活动,开展自主实验、自主设计、自主实习等以学生为主体的自主性实践教学活动,以提高学生的综合能力和全面素质;组织学生参加各种学术交流活动,以扩大视野、启发科学思维,创造条件把学生引导到各种科学研究活动中去,他们可以参加大学生创新设计与制造大赛、全国大学生电子设计大赛“挑战杯”、大学生课外学术科技竞赛等,参加教师的科学研究工作。通过第二课堂活动,培养学生工程设计思想、敢于创新的精神、分析解决工程实际问题的能力。
5 结束语
本文围绕工程应用型本科电气工程及其自动化人才的培养目标,结合石河子大学电气工程及其自动化专业建设发展情况和专业特色,介绍构建“双体系两结合”教学模式的探索思路与实施过程。按照“双体系两结合”的教学模式制订专业人才培养计划,构建“厚基础、宽口径”的理论教学体系与递进式的实践教学体系,突出工程素质培养,理论教学与实践教学并重,改革教学方法和手段,改善教学效果,开展各项教学工作,学生的综合素质和工程实践能力明显提升,得到用人单位的认可。
参考文献
[1]电气工程及其自动化专业教学指导分委会.电气工程及其自动化专业规范(讨论稿)[C]//第三届全国高等学校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会议论文集.2005:21.
[2]薛东江.关于电气工程及其自动化专业培养应用型本科人才定位的研究[J].电气电子教学学报:电气工程专辑,2004(26):28.
[3]赵巧娥,苏小林.电气工程及其自动化专业应用型本科实践教学体系的建设与实践[J].中国电力教育,2010(33):152-153.
1 优化专业人才培养方案,构建多层次的实践教学体系
应用型本科院校是最近十几年,大学的精英化教育向大众化教育转变的产物,在人才培养中还存在各种不可避免的问题。电子类专业应用型人才培养实践教学环节中存在4个方面的问题:(1)过于追求理论知识体系的完整性,轻视实践教学的地位;(2)教学内容方面,验证型实验偏多,设计型实验偏少,实践教学内容陈旧;(3)年轻教师多,师资力量薄弱,教学实践能力有待提高;(4)实验室、实习实践基地投入不足。
针对以上问题积极开展教学研究与改革,构建起与应用型本科人才培养目标相适应的实践教学体系,以确保所培养人才的综合素质符合社会需求。根据电子信息类专业应用范围广泛,行业需求呈现“多方向、重专长”的特点,我校组织相关教师、专家对专业培养方案进行了修订和完善。以“宽口径,厚基础,重实践”为宗旨,按综合素质结构的要求,即知识结构、能力结构及人文社科素质[3],对旧的课程体系进行调整,建立三大教育模块:通识教育模块、技能教育模块和专业教育模块。专业教育模块中的实践教学环节包括基础实验、综合设计、工程实践、毕业设计、毕业实习,模块与模块之间层层递进、相互支撑、有机结合。
以2012级电子信息工程专业的培养方案为例,教学计划中与专业紧密相关的实践教学课程如图1所示。实践教学贯穿于大学四年,实践环节根据各年级的理论知识深度,层次分明、循序渐进地安排相应的实践课程和内容。为了突出实践应用能力的主线,我们增加了实践教学环节的总学时数。从表1可以看出,实践教学环节总学时数达到教学计划总学时的40%,学分比例为24%,大大增加了学生动手实践的机会。
图1 大学四年实践课程结构图
表1 实践课程的学分学时比例
2 开设项目式设计型实践课程,提高学生实践水平
实践教学课程的设置既要强调知识与技能的融合,又要强调思维与能力的培养[4,5]。特别是在高年级的设计型、综合型实验课程设计上,要力求先进、新颖、实用、有趣、理论联系实际,既要注重基础知识的巩固,又要将电子信息的新技术引入教学,以达到对学生知识学习、能力培养和素质提高的要求。
在专业课程实验内容方面,大幅降低验证型实验的比例,增加综合实验和设计实验课程的比例,课程设计、综合设计等全部采用设计型实验方式。如电子技术课程设计课程,全部采用项目式设计型实验的方式,内容包括计数器系统、锁相环系统、差分放大器、运算放大器、电机驱动电路、高效率音频功率放大器,线性稳压电源和开关电源设计8个专题的应用性内容。强调功能电路模块的设计与电子测试能力培养,鼓励学生发挥创造性思维能力。
在每学年2周的暑期教学实践周,我们精心设计了3个循序渐进的教学实践系列课程,有效提高了学生的实践水平。一年级的教学实践I:软硬件基本训练,包括C语言强化训练(软件实践)和基本焊接技术(硬件实践)两部分,旨在提高学生C语言的实际应用能力,掌握电子电气的基本工艺,为后续专业课程学习打下必要的基础。二年级的教学实践II:软硬件提高训练,是在学生掌握必要的模拟、数字电子线路、信号与系统以及计算机基础知识之后开设的实践类课程,也分软件实践和硬件实践两部分。教学内容包括MATLAB编程综合训练(软件)、电子产品(收音机)的组装和调试(硬件)以及EWB数字钟(仿真)三部分内容。该教学实践旨在全面提高学生的编程综合能力、硬件电路设计与调试能力,掌握数字电子系统的设计流程和设计方法。三年级教学实践III:软硬件综合训练,是让学生将前三年的基础课和专业基础课知识进行综合应用。目前开设的专题有数字调谐接收系统、高级语言程序开发系统、电子设计竞赛赛前培训系统、基于FPGA的简易波形发生器、基于单片机的温度控制系统、PCB板的设计与制作等。通过该课程的学习,学生在各种电子系统设计、搭接、制作、安装、调试等方面得到全面锻炼,充分发挥主动性和创造性。
3 完善实验室、实习实训基地建设,加强校企合作
实验室和实习实训基地是培养应用型、创新型高素质人才所必备的硬件条件。虽然我院建院时间较短,但在学校的大力支持下,我们有计划、有针对性地规划和建设了必要的专业实验室,满足了实践教学的需要。目前已投入使用的实验室包括微机接口技术实验室、单片机实验室、通信原理实验室、电子技术课程设计实验室、移动通信实验室、嵌入式系统实验室、FPGA实验室、光纤通信实验室、电力电子实验室、PLC实验室等,确保实践课程的顺利开设。为满足部分学生在课外时间进行科技创新实践活动的需求,我们建立了拥有60套完整实验设备的开放性创新实验室和智能车实验室。这些实验室由学生自主管理,完全开放,为学生参加课外科技活动、学科竞赛、创新实践活动等提供了硬件保障。此外,我校还与台湾盛群半导体有限公司联合建立了HOLTEK单片机实验室,探索出一条校企合作与创新实践相结合的新路子。
应用型本科电子类人才的培养,尤其应该突出工程实践能力和工程素质的全面培养,实习实训基地建设不可缺[6]。在校内,我们投入5 000多万元在理工大楼建起校内实训基地,用于金工实习、电子工艺(工业级PCB制板、贴片流水生产线)、通信与计算机网络系统、电子系统创新实验、维修电工培训、仪表与过程控制、柔性装配系统、西门子工业网络等多种类型的实习实训。在校外,我们与厦门华侨电子股份有限公司、厦门锦江电子有限公司、厦门华联电子有限公司、厦门优迅高速芯片有限公司等多家单位共建实习基地,保持良好的合作关系,供学生参观实习。通过校内外实习实训,学生不仅掌握了相关的电子、通信技术,而且积累了工程实践经验,提高了工程素质。
4 专职教师参与实践教学,培养复合型教师队伍
2003年建系之初,电子工程系绝大部分课程的教学依赖本校信息学院的教师。随着学校发展及专业建设需求,学校大力加强专任师资建设,不断优化学科专业教师梯队结构。鉴于电子工程系对教师工程实践能力的要求较高,针对现有师资队伍存在的问题,学校在加大教师引进和培养力度的同时,建立校内与校外、专职与兼职相结合的开放式用人机制,逐步构建不同层次、不同背景的专业师资队伍,基本满足理论教学与实践教学的需要。
为了提高实践教学质量,突出办学特色,信息学院要求所有专职教师除了承担理论教学工作外,必须参与实践教学的各个环节,鼓励教师积极参与实践教学改革。如参与人才培养方案的修订,讲授课程配套基础实验,开设实践教学新课程,讲授实验周课程,编写实践课程讲义,指导学科竞赛和创新项目等。此外,我校不断引进具有丰富工程经验的企业高级技术人才到学校任教或兼职,改善师资队伍结构,提升教师的实践教学和科研水平。
5 依托学科竞赛,加强学生实践和创新能力培养
参与学科竞赛是学生提升实践能力的重要方式之一。电子信息类学科竞赛注重基础理论知识与综合能力的结合,设计计算与制作测试的结合,电子技术基础与多专业内容的结合,传统器件与新型器件的结合,具有良好的导向性。我校非常重视电子竞赛、智能车竞赛、单片机竞赛等学科竞赛的组织,积极开展多种形式的培训、宣讲会和经验交流会。自2008年以来,我校学生在各类学科竞赛中成绩优异。如参加福建省或全国大学生电子设计竞赛,获得全国二等奖3项,省一等奖12项;参加“飞思卡尔”智能车竞赛,获得全国特等奖1项、一等奖2项、二等奖3项;参加福建省“盛群杯”单片机设计竞赛,获得特等奖1项、一等奖5项;在“挑战杯”系列赛事中,获得福建省特等奖1项、一等奖1项、二等奖1项、三等奖3项。迄今为止,我系学生共发表了8篇EI检索论文。通过在学科竞赛中积累经验,提升能力,学生不仅培养了学科素养,而且为低年级学生树立了良好的榜样。通过学生的专业社团活动,如电子科技协会的定期培训,高年级学生对低年级学生起到了传帮带的作用,形成了学科竞赛文化的良好传承,对于引导学生勤奋学习、刻苦钻研、形成良好的学习氛围起到了积极的促进作用。